【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】6月15日，《化學工程雜志》(Chemical Engineering Journal)在線刊登了機械學院微納制造與醫(yī)工交叉團隊在聲表面波(SAW)健康監(jiān)測領(lǐng)域的最新研究成果，題為“Transplanting highly active copper sites into stable MOFs for SAW humidity sensor with bio-inspired anti-pollution microhole array(將高活性銅位點植入穩(wěn)定金屬有機框架并構(gòu)筑具有仿生防污陣列的高性能聲表面波濕度傳感器)”。機械學院2023級博士生林成旭為論文第一作者，廖廣蘭教授、劉智勇副教授、龍胡研究員等為共同通訊作者。
 

　　呼氣與皮膚濕度信號是反映呼吸道健康與生理代謝的重要依據(jù)，基于濕度傳感的無創(chuàng)居家健康監(jiān)測技術(shù)具備重要應(yīng)用價值。然而在實際應(yīng)用中，高敏感傳感表面通常暴露在高濕度、多污染的環(huán)境中，這對傳感材料的靈敏度和穩(wěn)定性提出了高要求。近年來，金屬有機框架(MOF)材料因比表面積大、活性位點豐富和結(jié)構(gòu)可編輯的特點，被認為是有前景的傳感材料。然而，基于MOF材料的濕度傳感器件仍面臨多重挑戰(zhàn)：(1)化學活性MOF材料在高濕度環(huán)境下易發(fā)生配位鍵斷裂、結(jié)構(gòu)坍塌，存在濕度敏感性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性權(quán)衡問題；(2)體表濕熱環(huán)境易導(dǎo)致器件表面水汽凝結(jié)、污染物附著，造成傳感信號異常衰減，常規(guī)器件結(jié)構(gòu)無法滿足可穿戴場景的需求。
 

　　針對上述挑戰(zhàn)，研究團隊提出了一種新型的三明治結(jié)構(gòu)濕度傳感器，包括仿生PDMS保護膜、銅改性MOF濕敏膜和SAW器件。開發(fā)了疏水性增強的仿生PDMS薄膜制備工藝，減輕了冷凝物形成和污染物吸附引起的器件性能下降。在穩(wěn)定的UiO-66-NH2框架中移植了高活性銅位點，擺脫了靈敏度和穩(wěn)定性的權(quán)衡困境。計算了水分子與改性MOF的作用機理，證實了優(yōu)化的銅配位環(huán)境通過更強的電荷轉(zhuǎn)移、更短的吸附距離和更明顯的軌道雜化來協(xié)調(diào)活性和穩(wěn)定性。優(yōu)化了SAW器件表面的材料沉積工藝，獲得了兼具高靈敏度和長時間穩(wěn)定性的濕度傳感器件。
 

　　進一步，搭建了頭戴式呼吸健康監(jiān)測微系統(tǒng)，捕捉了不同行為活動下人體呼吸濕度動態(tài)變化，識別了模擬的呼吸暫停異常狀態(tài)并發(fā)出了預(yù)警。開發(fā)了腕戴式皮膚濕度監(jiān)測系統(tǒng)，獲得了多場景下皮膚濕度差異，實現(xiàn)了皮膚濕度健康水平的無創(chuàng)評估。這項工作展現(xiàn)了高性能SAW濕度傳感器在呼吸系統(tǒng)疾病輔助篩查與人體皮膚狀態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
 

　　工作得到了國家自然科學基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費資助，研究方案受到了同濟醫(yī)學院醫(yī)學倫理委員會批準。
 

　　引用：機械學院微納制造與醫(yī)工交叉團隊取得MOF基濕度傳感研究新成果 華中科技大學 【引用時間：2026年6月19日】